автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Совершенствование организации функционирования автоматизированной информационной системы почтовой связи

На правах рукописи

МОРЯКОВ Федор Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОЧТОВОЙ СВЯЗИ

Специальность 05.25.05 - Информационные системы и процессы, правовые аспекты информатики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре информатики при МИД России

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ломакин Михаил Иванович

Официальные оппонен- доктор технических наук Стойлик ты: Юлий Борисович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Романюк Валентин Алексеевич

Ведущая организация: Академия труда и социальных отношений

Защита состоится "_"_2004 г. в_часов на заседании

диссертационного совета по техническим наукам Д 212.198.02 Российского государственного гуманитарного университета по адресу: 125267, Москва, Миусская пл. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан « »_2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Н.Меркулов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Последнее десятилетие характеризуется бурным развитием и широким внедрением на предприятиях, в организациях и учреждениях различного рода информационных систем. Эта тенденция в целом имеет место и в такой сфере как почтовая связь (ПС). Б настоящее время некоторые сегменты рынка услуг почтовой связи в России находятся на уровне не соответствующем развитым странам по таким определяющим показателям, как объем услуг на душу населения и уровень качества услуг.

Одним из основных направлений дальнейшего развития почтовой связи является интенсивное внедрение информационных систем, позволяющих осуществить информатизацию основных сегментов почтовой связи и повысить эффективность их функционирования в условиях рыночной экономики.

Актуальность. Сегодня уровень развития средств обработки и передачи данных в почтовой связи достиг такого этапа, когда стало возможным дальнейшее существенное улучшение технико-экономических характеристик автоматизированных информационных систем (АИС) не только за счет совершенствования технических параметров вычислительных средств и каналов связи, сколько за счет перехода к новой организации информационно-вычислительных процессов - распределенной обработке данных. Системы с распределенной обработкой данных, позволяя рассредоточивать процессы хранения и обработки данных в соответствии с потребностями в информации пользователей, в состоянии обеспечить тем самым весьма широкий круг требований по оперативности управления, качеству информационного обслуживания, а также по живучести и надёжности системы в целом. Наиболее характерным представителем таких систем являются локальные вычислительные сети.

Однако характеристики производительности систем с распределенной обработкой данных существенно зависят от организации информационного взаимодействия между элементами таких систем. Прогнозные оценки показывают, что за счет оптимизации организации функционирования систем такого рода их производительность может быть повышена на порядок и более. Это приводит к существенному экономическому выигрышу. Для решения данной задачи необходим методический аппарат совершенствования организации функционирования АИС. Он может быть представлен соответствующим аппаратом оптимизации организации функционирования систем рассматриваемого типа.

Актуальность научной задачи разработки методического аппарата совершенствования организации функционирования автоматизированных информационных систем почтовой связи определяется следующим.

Во-первых, реальной возможностью снижения затрат на создание информационных систем ПС за счет внедрения методов оптимального построения ЛВС в процессе проектирования таких систем.

Во-вторых, возможностью повышения производительности существующих АИС ПС за счет использования методического аппарата оптимизации организации их функционирования.

В-третьих, обеспечением построения научно обоснованных прогнозов развития информационных систем ПС с учетом достижения их потенциальных технических возможностей.

Степень научной разработанности проблематики. Вопросы рассматриваемого плана неоднократно привлекали внимание исследователей и разработчиков АИС. Соответствующие исследования проводились как в нашей стране, так и за рубежом. В ряде исследований были достигнуты определенные успехи. Многие теоретические, методические и практические вопросы оптимизации построения и функционирования АИС получили решение в работах отечественных ученых: Авена О.И., Балыбердина В.А., Когана Я.Д.. Косяченко С.А., Кульбы В.В., Мамиконова А.Г., Столярова В.А., Шаймарданова Р.Б., Янбых Г.Ф. и др., а также ряда зарубежных ученых: Геленбе Е., Лавенберга С, Митрани И., Рейзера М., Сайдо Т. и др. Вместе с тем, анализ известных публикаций позволяет утверждать, что предлагаемые в них подходы к решению рассматриваемых вопросов обладают рядом существенных недостатков. Главными из них являются следующие.

Авторы большинства публикаций замыкаются на решении, как правило, отдельных частных, хотя и достаточно важных задач. Это не позволяет охватить исследуемую проблематику в целом.

Другой важный недостаток имеющихся публикаций заключается в том, что развиваемые в них подходы предъявляют настолько высокие требования по детализации описания процессов функционирования АИС, что их практическое выполнение становится нереальным.

С учетом изложенного можно утверждать, что назрела необходимость разработки такого подхода, который бы обеспечивал решение на единой теоретической основе всего комплекса вопросов по совершенствованию организации функционирования АИС и, в то же время, позволял формулировать необходимые практические задачи на реально возможной совокупности исходных данных с доведением этих задач до воплощения в конкретных разработках.

Именно такую направленность имеет настоящая диссертационная работа, в которой решается научная задача разработки методического аппарата совершенствования организации функционирования АИС ПС.

Объектом исследования в диссертации являются информационные

процессы в информационных системах почтовой связи, построенных на базе локальных вычислительных сетей (ЛВС), а предметом исследования - теоретические, методические и практические вопросы совершенствования организации функционирования АИС ПС.

Целью работы является повышение функциональной эффективности АИС ПС, построенных на базе ЛВС с распределенной обработкой данных.

Для достижения данной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи.

1. Анализ почтовой связи как сферы внедрения информационных систем и процессов функционирования АИС ПС.

2. Обоснование логико-физических основ оптимизации организации АИС и построение совокупности показателей эффективности организации АИС.

3. Разработка методов оптимизации структурной организации функционирования АИ С.

4. Разработка методов оптимального распределения нагрузки в АИС.

5. Разработка эвристических методов оптимизации организации функционирования АИС.

6. Разработка методического, алгоритмического и программного обеспечения совершенствования организации АИС ПС.

По итогам проведенных в диссертации исследований на защиту выносятся следующие положения:

1. Общая формулировка задач совершенствования организации функционирования АИС ПС как систем с распределенной обработкой данных.

2. Совокупность показателей оценки эффективности организации функционирования АИС.

3. Методы структурной оптимизации организации функционирования АИС, обеспечивающие построение наиболее рациональной структуры рассматриваемых систем.

4. Система эвристик для поиска решений в задачах оптимизации организации функционирования АИС.

5. Методическое, алгоритмическое и программное обеспечение совершенствования организации функционирования АИС ПС.

Общетеоретическую и методологическую основу диссертационного исследования составили труды отечественных и зарубежных ученых по рассматриваемой проблематике.

Научная значимость и новизна работы заключается в следующем:

1. В рамках единого системного подхода сформулирована и решена задача обоснования логико-физических основ оптимизации организации функционирования АИС, методов построения оптимизационных моделей

и системы эвристических алгоритмов для поиска решений в этих моделях.

2. Разработаны методы структурной оптимизации организации функционирования АИС, сформулированные в терминах целочисленного (псевдобулевого) математического программирования.

3. Разработана система эвристик для поиска решений в задачах оптимизации организации функционирования АИС.

Практическая значимость диссертационной работы определяется тем, что предложенный методический аппарат совершенствования организации функционирования доведен до логического завершения в виде системы эвристических алгоритмов, обеспечивающих получение конкретных решений для любых практических ситуаций использования АИС ПС. Указанные алгоритмы практически не имеют ограничений на размерность решаемых оптимизационных задач и легко реализуются в виде машинных программ для современных персональных ПК. Полученные результаты позволили обосновать структуру и алгоритмы функционирования АИС ПС Московской области городского уровня на основе почтово-кассового терминала (ПТК) «Дон-ООЗФ» с программным пакетом СПОС-4. Одним из разработчиков данной информационной системы является автор настоящей диссертации.

Апробация работы. Основные теоретические положения и выводы диссертации получили свое отражение в публикациях автора общим объемом 10,8 п.л., а также представлены диссертантом в научных докладах и сообщениях на ряде Всероссийских научных и научно-практических конференций, научно-методических семинаров ряда НИИ и ВУЗов г.Москвы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников. Диссертация включает 150 страниц текста, содержит 49 рисунков и таблиц. Список использованных литературных источников содержит 147 наименований.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определена цель исследований, сформулированы основные результаты, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы и кратко изложено ее содержание по разделам, а также результаты апробации и реализации диссертационной работы.

Первая глава посвящена общей характеристике процессов функ-

ционирования АИС ПС, изложению предлагаемого в диссертации подхода к совершенствованию организации функционирования АИС ПС на базе локальных вычислительных сетей как систем с распределенной обработкой данных.

Почте, как и другим отраслям народного хозяйства, не удалось избежать негативных явлений, связанных с переходом к рыночной экономике. В 90-е годы резко снизились объемы традиционных услуг почтовой связи. Это потребовало серьезного пересмотра позиций в отношении внедрения и практического использования АИС ПС. Начиная с 1997 г. проводится активная работа по внедрению АИС, формированию единого информационного пространства почтовой связи.

Современные АИС ПС строятся на базе ЛВС, в которых реализуются те или иные стратегии распределенной обработки данных.

В самом общем виде функционирование любой автоматизированной системы с распределенной обработкой данных (СРОД) может быть представлено в виде совокупности взаимодействий пользователей (должностных лиц) с системой. С формальной точки зрения любое такое взаимодействие можно отобразить в виде последовательности этапов передачи и обработки информации. Передача информации осуществляется по каналам передачи данных, связывающим отдельные узлы СРОД, а также по каналам обмена данными ЭВМ, размещаемых в узлах системы. Обработка информации осуществляется процессорами в узлах СРОД.

Будем называть последовательность этапов передачи и обработки информации на средствах СРОД, инициируемую при реализации заявки пользователя на выполнение запрашиваемых от СРОД информационно-вычислительных работ (ИВР), информационным процессом (ИП).

Каждый ИП связывается с определенным должностным лицом, его инициализирующим. При этом совокупность всех возможных ИП характеризует не только ЛВС как техническую систему, но и ее пользователей. В интересах упрощения исследования ИП проводится их декомпозиция по уровням представления с выделением уровней: системы (сети); вычислительного комплекса (узла); устройства вычислительного комплекса.

Здесь под вычислительным комплексом (ВК) понимается в широком смысле совокупность технических и программных средств, образующих узел ЛВС. Это может быть рабочая станция на базе ПЭВМ, сервер, также на базе ПЭВМ или большой ЭВМ, либо несколько ЭВМ.

В диссертации показано, что возможные показатели эффективности ЛВС определяются характеристиками ИП и их совокупностей, а последние зависят от множества принятых решений по построению и организации функционирования ЛВС. Следовательно, предложенный метод формализации ЛВС позволяет проводить оценку указанных решений и поиск

наиболее рациональных из них, т.е. может служить основой для построения соответствующих методов анализа и синтеза конкретных информационных систем на базе ЛВС.

В диссертации показано, что за основу методов анализа АИС могут быть приняты известные методы теории сетей массового обслуживания. В качестве же основы методов синтеза АИС предлагается принцип локализации вычислений, который сводится к следующим положениям: АИС эффективна, если она выполняет требуемые функции в заданных условиях без излишних затрат ресурсов; общие затраты ресурсов на выполнение требуемых функций можно уменьшить, если часто выполняемые действия будут потреблять минимальное количество ресурсов.

Основываясь на формальном описании функционирования АИС с помощью совокупностей протекающих в них ИП и с учетом принципа локализации вычислений в работе выделяются основные группы факторов, определяющих эффективное функционирование ЛВС.

Наиболее существенное влияние на эффективность АИС оказывают факторы, связанные с распределением информации для хранения и обработки в системе и с управлением совместной реализацией ИП в динамике их протекания.

Анализ факторов распределения информации в системе показал, что продолжительность ИП на каждом из уровней их представления связана с затратами на передачу и обмен информацией и на ее поиск. Чем выше затраты, тем больше, в среднем, продолжительность ИП. Величина этих затрат является переменной и зависит от принятых решений по построению и организации функционирования ЛВС.

Существо же рационального управления реализацией ИП в ЛВС заключается в предоставлении в конфликтных ситуациях приоритета в использовании ресурсов системы определенным ИП за счет других ИП.

Этот приоритет связывается либо с относительной важностью ИП либо с величиной запроса на ресурс.

С учетом изложенных соображений формулируются две группы оптимизационных задач.

Задачи, связанные с распределением информации для хранения и обработки в системе формулируются в терминах математического программирования. Общая их формулировка записывается следующим образом:

где №(х,,хг,...х„)- определяет затраты на реализацию совокупности ИП, выражаемые объемом "накладных расходов" на организацию и выполнение обмена и передачи информации и на ее поиск;

а1(х,,хг,...хк) - выражения системных требований к ЛВС ( по оперативности, надежности и т.п.);

Ь,(х{,хг,...хы)- выражения, обеспечивающие учет реальных условий функционирования ЛВС и ее элементов (ограничения по памяти, по быстродействию и т.п.).

Переменные величины являются дискретными (булевы-

ми) и могут определять не только собственно распределение информации по узлам сети, но и, в общем случае, состав и структуру АИС.

Другая группа оптимизационных задач связана с фактором управления реализацией ИП в динамике их протекания, и их общая формулировка записывается следующим образом:

Из множества и допустимых управлений реализацией совокупности ИП выбрать такое управление и', которое бы обеспечивало минимум целевой функции

где - характеризует оценку временных затрат для реализации

заданной совокупности ИП.

В процессе поиска оптимальных решений по построению и организации функционирования ЛВС указанные группы оптимизационных задач решаются на основе итерационной схемы расчетов, рассмотренной в диссертации.

Вторая глава посвящена разработке методов совершенствования организации функционирования АИС. Рассмотрены три основных группы методов: методы структурной оптимизации организации функционирования АИС; методы распределения нагрузки в АИС и эвристические методы оптимизации организации функционирования АИС.

К типичным методам структурной оптимизации можно отнести методы, связанные с определением рационального количества узлов в прикладной системе и уровня их загрузки, а также методы обоснования структурной организации подсистем АИС . Данные методы формулируются в терминах задач целочисленного математического программирования.

При этом методы определения рационального количества узлов сводятся к задаче следующего типа:

Найти такой набор X' = {.»£}, при котором

Щи') = ттЩи),

(2)

и при этом выполняются следующие ограничения:

Ед**5 л р„,*=1,/, <

(4)

(5)

(6) (7)

к

2:0.VI,

Здесь критерий (3) определяет выбор такого решения, при котором с учетом ограничений (4) - (7) обеспечивается минимизация числа узлов для выполнения заданного объема ИВР.

Ограничение (4) вытекает из необходимости исключения больших задержек в предоставлении доступа к сети пользователю. Это регулируется величиной загрузки автоматизированного рабочего места (АРМ).

Ограничение (5) выражает условие единственности закрепления пользователя за АРМ.

Ограничение (6) определяет закрепление за одним АРМ лишь тех пользователей, для которых такое закрепление не противоречит матрице разрешений Щ} .

Ограничение (7) задает обязательность закрепления пользователей за АРМ в соответствии с матрицей

Переменная хл является булевой величиной, у которой значение 1 соответствует тому, что узел принадлежит группе пользователей.

Для обеспечения равномерной загрузки системы формулируется другая задача с целевой функцией следующего вида:

где N есть рациональное число АРМ, полученное в ранее сформулированной задаче.

Ограничения данной задачи те же, что и ранее, т.е. (4) - (7). Рассмотренные задачи позволяют сформировать множество узлов системы и определить информационные потоки. Для небольших систем эти данные, по сути, определяют структуру системы, поскольку взаимосвязи узлов в таких системах реализуются, как правило, посредством общего канала.

^2=1 гёлд-ЛО'^тЬ!. (8)

»и I

Здесь величина М рассчитывается по формуле:

В более общем же случае структура системы может быть достаточно сложной. В частности, система может состоять из нескольких подсетей. Для реализации взаимодействия подсетей используют различного рода межсетевые устройства обмена: "мосты", "шлюзы" и др. При этом систему в целом желательно строить таким образом, чтобы нагрузка на такие устройства была, по возможности минимальной, поскольку межсетевые взаимодействия, в соответствии с принципом локализации вычислений, существенно ухудшают характеристики функционирования системы в целом.

Отсюда возникает оптимизационная задача в следующей постановке. Определить набор значений булевых переменных хл, таких, что узел принадлежит подсети, обращающих в максимум значение целевой функции:

; 7-1 !

»** I

и удовлетворяющих ограничениям

(9)

Здесь ограничения (10) определяют максимально возможное число абонентов, которые могут быть включены в одну подсеть.

Ограничения (11) фиксируют тот факт, что один абонент может быть включен лишь в одну подсеть.

Учет ограничений (12) обеспечивает необходимую оперативность реакции в рамках каждой подсети. Это достигается путем задания в правой части допустимой суммарной интенсивности взаимообмена в подсети.

Ограничения (13) и (14) связаны с необходимостью учета ряда фактических условий - территориального размещения абонентов, их функциональных отношений, соображений, связанных с режимом и т.п.

Величина определяет существующую интенсивность взаимообмена между узлами

В результате решения задачи получаем такое распределение абонентов по подсетям, при котором обеспечивается минимум взаимообмена между подсетями при соблюдении реально существующих ограничений.

Методы распределения нагрузки в АИС также формулируются посредством аппарата дискретного математического программирования. В качестве основной схемы организации функционирования ЛВС принята модель типа "клиент-сервер", получившая достаточно широкое распространение в последние годы. Рассмотрены два основных варианта этой модели:

-серверы используются лишь в качестве файл-серверов, т.е. для хранения и выдачи по запросу информации;

-серверы используются как для хранения информации, так и для вычислений в интересах отдельных абонентов.

Целевая функция первой из этих задач имеет вид:

ъО5)

где - средние объемы передаваемой информации на одно взаимодействие, соответственно, при обработке запроса на использование информации и донесения на ее корректировку.

Величины Ау,^' - потоки соответствующих запросов и донесений, а булева переменная определяет факт размещения к-го информационного объекта в _)"-м узле сети.

При этом под информационным объектом (ИО) понимается некоторая совокупность элементов информации, рассматриваемая в процессе информационных взаимодействий в системе как единое целое. Это может быть массив данных, программа, стандартная подпрограмма.

В качестве ограничений задачи выступают соотношения, связанные с учетом конечной емкости памяти в узлах системы и отображением задаваемых требований к надежности (живучести) функционирования системы.

Решение рассматриваемой задачи дает исходную информацию для определения потребного числа файл-серверов в системе. Соответствующие расчетные соотношения получены в работе.

Для случая, когда сервер обеспечивает не только хранение информации, но и вычисления , также сформулирована соответствующая оптимизационная задача. Целевая функция такой задачи записывается следующим образом:

Здесь величина V,, характеризует объем обмена информацией при реализации запроса на вычисления в сервере.

Система ограничений задачи обеспечивает учет конечных емкостей

памяти в узлах сети, конечных вычислительных мощностей, требований по надежности.

После того, как в результате решения рассмотренных выше задач становится известным объем ИВР, предназначенных для выполнения на серверах, возникает задача рационального распределения нагрузки между серверами. Необходимость решения такой задачи вызвана стремлением исключить ситуации, когда производительность системы резко падает из-за перегрузки одного или нескольких серверов в то время, как другие серверы недогружены.

В диссертации рассмотрены два варианта модели распределения нагрузки между серверами.

(1)Модель распределения нагрузки между серверами для случая, когда все ИО, необходимые для реализации заданного запроса, должны размещаться в данном сервере (т.е. дозапросы в процессе решения одной задачи исключены).

В этом случае объемы взаимообмена информацией в системе для различных вариантов распределения ИО по серверам будут отличаться лишь за счет изменения потока донесений на корректировку ИО, что обусловлено необходимостью дублирования ИО.

(2)Модель распределения нагрузки между серверами для случая, когда ИО можно размещать произвольным образом.

Данная модель отображает ситуации, когда в процессе выполнения запроса в сервере допускается выдача дозапросов на недостающие ИО, размещенные в других серверах.

В первом случае критерий эффективности модели, построенный на основе принципа локализации вычислений, запишется в следующем виде:

где Л, - интенсивность поступления донесений на корректировку ьш ИО, V, - объем передаваемой при корректировке информации.

Переменная назначения есть булева величина, единичное значение которой определяет факт размещения ьго ИО в _)'-м сервере.

Ограничения задачи определяют условия размещения ИО в сервере, учет конечных емкостей памяти, отведенной для размещения ИО, недопустимость превышения предельной загрузки серверов (по соображениям обеспечения требуемой оперативности).

Во втором случае критерий эффективности имеет несколько более сложный вид:

Здесь потоки и объемы донесений и запросов различаются, соответственно, наличием или отсутствием пометки "штрих".

Система ограничений помимо отмеченных выше моментов отображает также ряд положений, определяемых особенностями функционирования некоторых сетевых операционных систем.

Информационные взаимодействия любого типа в АИС могут осуществляться как по принципу "клиент-сервер", так и по принципу "каждый с каждым". Полагается также, что в наличии имеется некоторое количество типов ЭВМ (ПЭВМ, мини-ЭВМ и т.д.), которые могут устанавливаться в узлах сети. Ограничения на загрузку узлов устанавливаются как "сверху", что связано с обеспечением необходимой оперативности функционирования системы, так и "снизу", что обусловлено соображениями практического характера: нет смысла размещать в узле мощные вычислительные средства, если потребности в ИВР в данном узле невелики и не предвидится их увеличение.

С учетом изложенного математическая модель формулируется следующим образом.

Определить такое размещение ЭВМ по узлам сети и такое распределение ИО в системе, которые бы обеспечивали минимизацию суммарного взаимообмена информацией.

При этом критерий эффективности выражается в следующем виде:

Система ограничений связана с обеспечением требований по надежности (живучести) функционирования системы и оперативности обслуживания пользователей, по учету конечной емкости ресурсов памяти в системе, по загрузке узлов.

В связи с тем, что практические потребности совершенствования организации функционирования АИС приводят к задачам размерностью в несколько сот и даже более переменных, в диссертации предлагается подход, основанный на разработке эвристических методов их решения.

Для решения задач типа (3) - (7) предлагается эвристический алгоритм, основанный на идее "плотной упаковки" АРМ, которая по своему

физическому смыслу близка соображениям, связанным с поиском решений задачи "о рюкзаках". Из интуитивных соображений становится ясным, что количество потребных "рюкзаков" (АРМ) уменьшается, если мы стремимся упаковывать их плотно.

Существо предложенного алгоритма заключается в реализации итерационной процедуры последовательного подбора пользователей для АРМ с проверкой заданных в ограничениях задачи условий. При этом подбор осуществляется из упорядоченной по убыванию загрузки АРМ последовательности пользователей с соответствующей проверкой условия достижения предельной загрузки АРМ и попытками дозагрузки АРМ с правого конца последовательности.

Основная идея эвристического алгоритма задачи (8),(4) - (7) заключается в том, чтобы, не выходя из рамок полученного предыдущим алгоритмом количества групп пользователей, последовательными итерациями снять часть нагрузки с наиболее загруженных АРМ и перераспределить ее между менее загруженными.

Схема расчетов алгоритма основана на построении оценок степени отклонения загрузки АРМ от средней по совокупности и соответствующем подборе кандидатов для их перераспределения с учетом реально заданных ограничений задачи.

Проведенные расчеты по оценке совместного функционирования описанных эвристических алгоритмов показали высокое качество получаемого с их применением решения.

Эвристический алгоритм решения задачи (9) - (14) основан на реализации процедуры подбора "близких" узлов (абонентов) в одну подсеть. При этом смысловая сторона процедуры состоит в том, что объединение в одну подсеть (с учетом существующих ограничений) узлов, характеризующихся значительным информационным взаимообменом, позволяет снизить нагрузку на межсетевые устройства. Предлагаемая процедура носит итерационный характер и состоит из девяти блоков.

Эвристический алгоритм оптимизационной задачи, целевая функция которой определяется выражением (15), основывается на следующих простых физических соображениях:

если информация часто используется в запросах, ее выгодно хранить в узлах, где эти запросы возникают;

если информация часто корректируется, то следует хранить как можно меньше ее копий.

Подобные соображения вытекают из принципа локализации вычислений, изложенного выше, и легко интерпретируются физически.

Соответствующая вычислительная процедура построена на расчете значений величины следующего вида:

Х^К-ЕАг К - (2°)

Для каждого узла строятся упорядоченные по убыванию значений последовательности а^ и осуществляется "плотная упаковка" узла на основе некоторого итерационного процесса.

Для решения более общей задачи, целевая функция которой определяется выражением (16) сформулирован эвристический алгоритм, предусматривающий реализацию следующих трех процедур: решение описанной выше задачи (15) изложенным эвристическим методом; определение множества функциональных задач, подлежащих решению на сервере; перераспределение ИО для хранения в системе.

Количественные оценки при реализации алгоритма строятся на основе вычисления значений величины

Как и ранее, реализуется определенная итерационная последовательность расчетов, обеспечивающая получение рационального решения за конечное число шагов.

В диссертации построены эвристические алгоритмы поиска решений в задачах оптимизации распределения нагрузки между серверами для обоих вариантов организации их функционирования, описанных ранее.

Для первого варианта, когда все ИО, необходимые для реализации запроса, размещаются в одном сервере, существо алгоритма заключается в таком подборе ИО - головных программ для использования их на сервере, при котором наиболее активно корректируемые ИО хранятся на одном сервере, т.е. не дублируются без надобности.

Для второго варианта распределения нагрузки между серверами, когда ИО размещаются произвольным образом, соответствующий эвристический алгоритм основан на последовательном назначении ИО на серверы таким образом, чтобы, по возможности, большую часть взаимного обмена информацией перевести на внутрисерверный уровень.

Для проведения упорядочения последовательностей ИО и построения промежуточных оценок используются следующие оценочные выражения:

о', = (22)

Здесь есть булева величина, определяющая факт вхождения соответствующего ИО в множество ИО, назначенных на сервер. Остальные величины определены ранее.

Аналогичные идеи положены в основу и эвристического алгоритма, предназначенного для поиска решения в задаче математического программирования при комплексной оптимизации ЛВС. Здесь также реализуется итерационная процедура поиска, основанная на реализации процессов упорядочения и промежуточных оценок качества частичных решений. При этом в качестве основного оценочного выражения используется следующее:

<*•, = + у, (23)

Третья глава посвящена практической апробации разработанных методов совершенствования организации функционирования АИС ПС на примере информационной системы ПС Московской области городского уровня на основе почтово-кассового терминала (ПТК) «Дон-ООЗФ» с программным пакетом СПОС-4. Основными требованиями к аппаратно-программным средствам информационной системы городского уровня были: максимальная гибкость и минимальные затраты, использование далеко не самой совершенной аппаратной платформы узлов почтовой связи.

Выполнена апробация методов структурной оптимизации организации функционирования АИС. Установлено, что при оптимальной структурной организации АИС обеспечивается минимум информационного взаимообмена между подсистемами при соблюдении реально существующих ограничений. Это позволяет значительно улучшить организацию их функционирования за счет минимизации числа внешних взаимодействий между подсистемами, характеризующихся повышенными затратами.

Выполнена апробация методов распределения нагрузки в АИС ПС. Установлено, что за счет оптимизации размещения информационных объектов между рабочими станциями и файл-серверами может быть значительно уменьшен объем обмена информацией (в 3-7 раз) даже в системе с относительно небольшим числом узлов; оптимизация нагрузки в АИС приводит не только к уменьшению взаимообмена информацией в системе, что само по себе дает экономический эффект, но и к уменьшению числа файл-серверов.

Выполнена апробация эвристических методов оптимизации организации функционирования АИС. Установлено, что эвристические методы оптимизации организации функционирования АИС дают во многих случаях результаты, совпадающие с оптимальными, а в ряде случаев дают результаты близкие к оптимальным.

В заключении дан анализ полученных результатов с точки зрения поставленной в диссертации научной задачи.

Основные результаты исследования опубликованы в следующих работах.

1. Моряков Ф.И.Новые информационные технологии почтовой связи//Технологии и средства связи, 2001 г., №5, 0.7 п.л.

2. Моряков Ф.И. Почтовая связь и банковские технологии/Л-Вштевз, 2002 г., № 1 - 2, 0.6 п.л.

3. Моряков Ф.И. КиберПочт@: первые шаги// Технологии и средства связи, 2002 г., № 6,0.7 п.л.

4. Моряков Ф.И. Как преуспеть на рынке сбора платежей// Почта России, 2003, № 3, 0.8п.л.

5. Моряков Ф.И. Проект КиберПочт@ в Московской области// Информационные технологии территориального управления, 2003 г., № 38, 0.8 п.л.

6. Моряков Ф.И. Сеть отделений почтовой связи, как составная часть муниципальной инфраструктуры/ В кн. Материалы VIII Всероссийской конференции. Муниципальные геоинформационные системы МГИС - Обнинск, 2001 г. 1.3 п.л.

7. Моряков Ф.И. Интеграция предприятий почтовой связи в муниципальную инфраструктуру/ В кн. II Всероссийский форум по проблемам ЖКХг. .-М.:2001г.1.5п.л.

8. Моряков Ф.И. Взаимодействие информационных систем почтовой связи и жилищно - коммунального хозяйства на примере г. Электросталь/ В кн. Научно-практический семинар. Информационные системы ЖКХ в Московской области г. - Электросталь, декабрь 2001 г. 1.3 п.л.

9. Моряков Ф.И. Интеграция автоматизированной информационной системы почтовой связи и автоматизированных систем ЖКХ в целях создания интегрированной муниципальной информационной системы/ В кн. Материалы IX Всероссийской конференции. Муниципальные геоинформационные системы МГИС - Обнинск, 2002 г., 1.0 п.л.

10. Моряков Ф.И. Автоматизированные системы сбора и учета платежей предприятий почтовой связи/ В кн. III Всероссийская конференция Реализация федеральной политики по совершенствованию системы опла-

ты жилья и коммунальных услуг, а также мер по адресной социальной защите населения с использованием возможностей ЕРКЦ г. - Ярославль, 2002 г., 12 п. л.

11. Моряков Ф.И. Информационные технологии в почтовой связи/В кн. V Московская областная научно-практическая конференция. Проблемы интеграции информационных ресурсов Московской области г. - Химки, 2003 г., 0.9 п.л.

»22 5 Л